完美量子点的生长及研究

直接激光干涉纳米结构化技术是无掩模、可直接刻写、高效率、无接触、大面积、低成本和环境要求低的创新技术。项目负责人彭长四等人在欧盟FP6 DELILA项目资助下，取得了<10纳米的突破性成果，这是截至目前世界上大面积上最小光刻尺寸。.传统量子点的制备有两种技术：自组织外延生长和衬底光刻后再外延生长。自组织外延生长的优点是可以做到无缺陷，缺点是尺寸和空间分布非常随机和不均匀、不可重复，而衬底光刻后再外延生长与自组织外延生长的优缺点互换。这些特点对分离的两种技术是原理性的，几乎不能通过技术的进步来克服，由于这些缺点，量子点理论上巨大的优势不能发挥。.本项目的研究内容，就是把自组织外延生长和衬底纳米结构化这两种技术原位结合起来，克服所有缺点，吸取所有优点，能生长无缺陷、尺寸均匀和空间周期分布的、可重复生长的量子点。研究的成功将是半导体电子行业的里程碑。

直接激光干涉纳米结构化（DLINP）技术是无掩模、可直接刻写、高效率、可控、无沾污、无接触、大面积、低成本和环境要求低的创新技术。.在量子点中，载流子在三个维度上都受到势垒约束而不能自由运动。控制量子点的几何形状和尺寸可改变其电子态结构，实现量子点器件的电学和光学性质的“剪裁”，是目前“能带工程”设计的一个重要组成部分，也是国际研究的前沿热点领域。传统量子点的制备有两种技术：光滑表面自组织外延生长和衬底光刻图形化后再外延生长。前者：异于衬底晶格常数外延生长过程中会产生晶格失配应力，应力积累到阈值就会形成量子点。应力小于临界值时，量子点无缺陷。然而，其形成时间、位置、速度和大小完全是随机的。后者：可以得到位置和大小可控的量子点。然而，衬底在图形化处理中充满了缺陷。上述前者与后者的优缺点互换。这些特点对分离的两种技术是本证的，几乎不能通过技术的进步来克服。这是目前外延量子点大规模应用不可逾越的瓶颈。.本项目通过将DLINP技术原位嫁接到分子束外延（MBE）上（DLINP+MBE），通过控制激光器的功率，在衬底上产生周期性应力分布并控制在产生缺陷的阈值以下，这样，在生长过程中能人为地、大小均匀和空间上周期性地，生长无缺陷的量子点。.本项目主要研究内容包括：..研究DLINP+MBE技术，包括光路的组建、各相干激光光束进入MBE生长室、各相干激光光束投射到衬底同一位置以及激光束斑的位置监控、MBE生长室在衬底和MBE 炉源温度升降过程对光路的影响。根据常规衬底的晶格方向，设计各相干激光光束进入MBE 生长室的数量、位置、角度、相位和偏振方向。..研究各种形状和分布的量子点。研究不同的相干图案、晶格方向与量子点的形状、大小和分布的关系。..研究量子点的形成和尺寸大小与生长速率、温度、各源束流大小比例等关系，以及激光光强对温度分布场的温差与量子点的形成的关系。.重要结果及其科学意义：.设计、制备了国际上首个DLINP+MBE系统，成功地将四束相干激光导入MBE生长室，并在衬底成功实现相干图样；.成功生长长程有序量子点，包括四光束和双光束干涉图样分布，成功检测到长程有序量子点光荧光（PL）。.实验证明，激光干涉图样诱导长程有序量子点的生长是可行的。该研究将可能打破外延量子点大规模应用的瓶颈，具有非常重要的科学和应用意义。